Probe-Type sonication vs. ultrazvučnoj kadi: efikasnost Poređenje

procesi sonication može izvršiti upotrebom sonde ultrazvučni homogenizator ili ultrazvučnoj kadi. Iako je, kako tehnike primjenjuju ultrazvuk uzorku, postoje značajne razlike u učinkovitosti, efikasnosti i proces sposobnosti.

Željeni efekti sonikacionih tečnosti – uključujući homogenizaciju, dispergovanje, deaglomeraciju, mlevenje, emulzifikaciju, ekstrakciju, lizu, dezintegraciju, sonohemiju – uzrokovani su akustičnom kavitacijom. Uvođenjem ultrazvuka velike snage u tečni medij, zvučni valovi se prenose u fluidu i stvaraju naizmjenične cikluse visokog pritiska (kompresija) i niskog pritiska (razrjeđivanje), sa brzinama koje zavise od frekvencije. Tokom ciklusa niskog pritiska, ultrazvučni talasi visokog intenziteta stvaraju male vakuumske mehuriće ili praznine u tečnosti. Kada mjehurići dostignu zapreminu pri kojoj više ne mogu apsorbirati energiju, oni se snažno kolabiraju tokom ciklusa visokog pritiska. Ovaj fenomen se naziva kavitacija. Tokom implozije lokalno se postižu vrlo visoke temperature (cca. 5.000 K) i pritisci (cca. 2.000 atm). Implozija kavitacionog mjehura također rezultira mlazovima tekućine brzine do 280 m/s. [Suslick 1998.]

Sonikator tipa sonde UP100H naspram ultrazvučne kupke: Sonikatori tipa sonde su izvrsni s fokusiranim prijenosom ultrazvuka i ponovljivim rezultatima

Sonikator tipa sonde naspram ultrazvučne kupke – Istražite zašto sonikatori tipa sonde ističu efikasnost i pouzdanost

 

U ovom videu upoređujemo snagu ekstrakcije ultrazvučne kupke - poznate i kao ultrazvučni čistač - sa snagom ultrazvučne sonde Hielscher UP100H.

Ekstrakcija gljiva - Bath vs sonda Ultrasonication - Side-by-Side Comparison

Video sličica

 

Kavitacija mjehurići mogu razlikovati u stabilnim i prolazna mjehurića. (Klikni za veću sliku!)

Slika 1: Stvaranje stabilnih i prolaznih kavitacionih mehurića. (a) pomak, (b) prolazna kavitacija, (c) stabilna kavitacija, (d) pritisak
u redu. 2009.

Moholkar et al. (2000) su utvrdili da mjehurići u regiji najveći intenzitet kavitacije prošla kroz prolazne pokretu, dok mjehurići u regiji najniže intenziteta kavitacije prošla stabilan / oscilatorno kretanje. Prolaznog kolaps mjehurića koji dovodi do lokalnih maksimuma temperature i pritisak je u osnovi zapaženih učinaka ultrazvuka na hemijskih sistema.
Intenzitet ultrasonication je funkcija ulazne energije i površine dihtovanje. Za dati ulazne energije vrijedi: što je veći površina dihtovanje, niži intenzitet ultrazvuka.
Ultrazvučnih talasa može biti generiran od strane različitih vrsta ultrazvučnih sistema. U nastavku, razlike između sonication pomoću ultrazvučne kupelji, ultrazvučne sonde uređaj u otvorenom posudu i ultrazvučne sonde uređaja sa komorom toka ćelija će biti u odnosu.

Poređenje cavitational distribucije hot spot

Za ultrazvučne primjene koriste se ultrazvučne sonde (sonotrodi / rogovi) i ultrazvučne kupke. “Među ove dvije metode ultrasonication, sonda sonication je učinkovitiji i moćniji od ultrazvučne kupke u primjeni raspršivanja nanočestica; ultrazvučni uređaj za kupanje može pružiti slabu ultrazvuku sa približno 20-40 W /L i vrlo neuodnu distribuciju dok ultrazvučni uređaj sonde može osigurati 20.000 W/L u tekućinu. Dakle, to znači da je ultrazvučni sonda uređaj excels ultrazvučni kupka uređaj za faktor od 1000.” (cf. Asadi et al., 2019)

Poređenje distribucije kavitacijske vruće tačke

U području ultrazvučnih aplikacija, i ultrazvučne sonde (sonotrode/rogovi) i ultrazvučne kupke igraju ključnu ulogu. Međutim, kada je u pitanju disperzija nanočestica, sonikacija sondom značajno nadmašuje ultrazvučne kupke. Prema Asadi et al. (2019), ultrazvučne kupke obično stvaraju slabiju ultrazvučnu obradu od oko 20-40 W/L s vrlo neujednačenom distribucijom. U potpunoj suprotnosti, uređaji sa ultrazvučnom sondom mogu isporučiti nevjerovatnih 20.000 vati po litru u tekućinu, pokazujući učinkovitost koja nadmašuje ultrazvučne kupke za faktor od 1000. Ova izrazita razlika naglašava superiornu sposobnost sonikacije sondom u postizanju efikasne i ujednačene disperzije nanočestica.

Ultrazvučne kupke

Saznajte zašto ultrazvučne sonde nadmašuju ultrazvučne rezervoare za čišćenje i sonikatore za kupanje.U ultrazvučnoj kupki, kavitacija se javlja neusklađeno i nekontrolirano distribuirano kroz rezervoar. Efekt ultrazvuka je niskog intenziteta i neravnomjerno rasprostranjen. Ponovljivost i skalabilnost procesa je veoma loša.
Slika ispod prikazuje rezultate ispitivanja folije u ultrazvučnom spremniku. Stoga se tanka aluminijumska ili limena folija postavlja na dno ultrazvučnog rezervoara napunjenog vodom. Nakon ultrazvuka vidljivi su pojedinačni tragovi erozije. Te pojedinačne perforirane tačke i rupe u foliji ukazuju na kavitacijske vruće tačke. Zbog niske energije i neravnomjerne distribucije ultrazvuka unutar rezervoara, tragovi erozije se javljaju samo na tačkama. Stoga se ultrazvučne kupke uglavnom koriste za aplikacije čišćenja.
 

U ultrazvučnoj kupki ili rezervoaru, ultrazvučne vruće tačke se javljaju vrlo neravnomjerno. (Kliknite za povećanje!)

U ultrazvučnoj kadi ili rezervoaru, žarište akustične kavitacije se javlja vrlo neravnomjerno.

 
Cifre ispod prikazuju nejednaka raspodjela cavitational žarišta u ultrazvučnoj kadi. U Sl. 2, a kada s dna površine 20×10 cm se koristi.
 

Ultrazvučni uređaji tipa sonde naspram ultrazvučnih rezervoara. Hielscher Ultrasonics pokazuje razlike u poljima akustične kavitacije

Slika 2 prikazuje prostornu distribuciju ultrazvučnog polja u ultrazvučnoj kadi:
(a) koristeći 1 L vode u kadi i (b) koristeći ukupnu zapreminu od 2 L vode u kadi.
[Nascentes et al., 2010]

 
Za mjerenja prikazana na slici 3, korištena je ultrazvučna kupka s donjim prostorom 12x10cm.

Neujednačen kavitacija u ultrazvučnoj kadici (Kliknite za veću sliku!)

Slika 3 prikazuje prostornu distribuciju ultrazvučnog polja u ultrazvučnoj kadi:
(a) korištenjem 1 L vode u kadi i (b) korištenjem ukupne zapremine od 1,3 L vode u kadi.
[Nascentes et al., 2001]

 
Oba mjerenja otkrivaju da je distribucija polja ultrazvučnog zračenja u ultrazvučnim rezervoarima vrlo neujednačena. Proučavanje ultrazvučnog zračenja na različitim lokacijama u kadi pokazuje značajne prostorne varijacije u intenzitetu kavitacije u ultrazvučnoj kadi.

Slika 4 u nastavku upoređuje efikasnost ultrazvučne kupke i uređaja ultrazvučne sonde, što je primjer dekolorizacije azo-boje metil ljubičaste boje.

Comparison probe tank sonication

Slika 4: Sonikatori tipa sonde koriste lokalizovani veoma visok energetski intenzitet u poređenju sa niskom gustinom ultrazvuka ultrazvučnih rezervoara i kupki.

Dhanalakshmi et al. otkrili su u svojoj studiji da ultrazvučni uređaji tipa sonde imaju visok lokalizovani intenzitet u poređenju sa tipom rezervoara i stoga veći lokalizovani efekat kao što je prikazano na slici 4. To znači veći intenzitet i efikasnost procesa sonikacije.
Ultrazvučno podešavanje kao što je prikazano na slici 4, omogućava potpunu kontrolu nad najvažnijim parametrima, kao što su amplituda, pritisak, temperatura, viskozitet, koncentracija, zapremina reaktora.

Sonicator UP200St sa sonotrodom S26d7D za homogenizaciju punča od jaja

Sonikator tipa sonde UP200St sa sonotrodom S26d7D za serijsku homogenizaciju uzoraka

Kontaktiraj nas! / Pitajte nas!

Traži više informacija

Molimo koristite obrazac ispod da zatražite dodatne informacije o sonikatorima tipa sonde i ostalom, aplikacijama i cijeni. Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu sa vama i da vam ponudimo sonikator koji ispunjava vaše zahteve!









Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


Ultrazvučna sonda (sonotrode) je titanijumska šipka koja prenosi ultrazvučne talase u tečnosti. Kao rezultat, u tekućini se javlja akustična kavitacija, koja osigurava mehaničke smične sile za ultrazvučnu obradu.

Slika 1: Sonotroda prenosi moć ultrazvuka u tečnost. Zamagljivanje ispod površine sonotrode ukazuje na područje kavitacijske vruće tačke.

Prednosti Sonda-sonication:

  • intenzivan
  • fokusiran
  • u potpunosti kontrolirati
  • čak i distribucija
  • izvodljiv
  • linearna skala-up
  • serije i in-line

Prednosti sonikatora tipa sonde

Ultrazvučne sonde ili sonotrode su dizajnirane da koncentrišu ultrazvučnu energiju u fokusirano područje, obično na vrhu sonde. Ovaj fokusirani prijenos energije omogućava precizan i efikasan tretman uzoraka. Kako dizajn sonde osigurava da je značajan dio ultrazvučne energije usmjeren prema uzorku, prijenos energije je značajno poboljšan u poređenju sa ultrazvučnim kupkama. Ovaj fokusirani prijenos snage ultrazvuka je posebno povoljan za aplikacije koje zahtijevaju preciznu kontrolu nad parametrima ultrazvučne obrade, kao što su prekid ćelija, nano-disperzija, sinteza nanočestica, emulzifikacija i botanička ekstrakcija.
Stoga, sonikatori tipa sonde nude jasne prednosti u odnosu na ultrazvučne kupke u smislu preciznosti, kontrole, fleksibilnosti, efikasnosti i skalabilnosti, što ih čini nezamjenjivim alatima za širok spektar naučnih i industrijskih primjena.

Sonikatori tipa sonde za obradu otvorenih čaša

Kada se uzorci obrađuju ultrazvučnom sondom, zona intenzivne sonikacije je direktno ispod sonotrode/sonde. Udaljenost ultrazvučnog zračenja ograničena je na određeno područje vrha sonotrode. (vidi sliku 1)
Ultrazvučno procesa u otvorenim posudama se uglavnom koriste za testiranje izvodljivosti i za pripremu uzoraka manjih volumena.

Sonikatori tipa sonde sa ćelijom protoka za inline obradu

Najsofisticiranijih rezultati sonication postižu kontinuirani obradu u režimu zatvorenom protočni. Sav materijal se obrađuje od strane istog ultrazvuk intenzitetom kao i kontroliše put protoka i vrijeme boravka u ultrazvučnom reaktoru komore.

Ultrazvučni skup recikulacije: UIP1000hdT sa ćelijom protoka, spremnikom i pumpom

Ultrazvučni skup recikulacije: UIP1000hdT sa ćelijom protoka, spremnikom i pumpom

Rezultati proces ultrazvučne obrade tečnost za određeni parametar konfiguracije su u funkciji energije po obrađuju volumena. Funkcija mijenja sa promjenama u individualnim parametrima. Osim toga, stvarna snaga i intenzitet po površini dihtovanje ultrazvučnog uređaja ovisi o parametrima.

U cavitational utjecaj ultrazvučne obrade zavisi od intenziteta površini koja je decribed po amplituda (A), pritisak (p), u reaktor volumena (VR), temperatura (T), viskoznosti (η) i drugi. Plus i minus znakovi ukazuju na pozitivan ili negativan utjecaj specifičnih parametara na intenzitet sonication.

U cavitational utjecaj ultrazvučne obrade zavisi od intenziteta površini koja je decribed po amplituda (A), pritisak (p), u reaktor volumena (VR), temperatura (T), viskoznosti (η) i drugi. Plus i minus znakovi ukazuju na pozitivan ili negativan utjecaj specifičnih parametara na intenzitet sonication.

Kontrolom najvažniji parametar procesa sonication proces je u potpunosti ponovljiv i postignutim rezultatima se može mjeriti potpuno linearna. Različite vrste sonotrodes i ultrazvučnog reaktora toka ćelija omogućavaju prilagođavanje specifičnim zahtjevima procesa.

Sažetak: Sonicator tipa sonde protiv ultrazvučne kupke

Dok ultrazvučna kupka pruža slabu sonikaciju s cca. 20 W po litru, samo i vrlo neujednačena distribucija, sonikatori tipa sonde mogu lako spojiti cca. 20000 W po litru u obrađenom mediju. To znači da ultrazvučni sonikator tipa sonde nadmašuje ultrazvučnu kupku za faktor od 1000 (1000x veći unos energije po zapremini) zahvaljujući fokusiranom i jednolikom ulazu ultrazvučne snage. Potpuna kontrola nad najvažnijim parametrima sonikacije osigurava potpuno ponovljive rezultate i linearnu skalabilnost rezultata procesa.

Kontaktirajte nas / Pitajte za više informacija

Razgovarajte s nama o vašim potrebama za obradu. Mi ćemo preporučiti najpogodniji za podešavanje i obrade parametara za svoj projekt.





Molim vas, obratite se našem Politika privatnosti.


Ovaj video pokazuje 200 vata ultrazvučnog cuphorna za raspršivanje, homogeniziranje, izvlačenje ili degasing uzoraka laboratorija.

Ultrazvučni Cuphorn (200 Watts)

Video sličica

Literatura / Reference

  • Asadi, Amin; Pourfattah, Farzad; Miklós Szilágyi, Imre; Afrand, Masoud; Zyla, Gawel; Seon Ahn, Ho; Wongwises, Somchai; Minh Nguyen, Hoang; Arabkoohsar, Ahmad; Mahian, Omid (2019): Effect of sonication characteristics on stability, thermophysical properties, and heat transfer of nanofluids: A comprehensive review. Ultrasonics Sonochemistry 2019.
  • Moholkar, V. S.; Sable, S. P.; Pandit, A. B. (2000): Mapping the cavitation intensity in an ultrasonic bath using the acoustic emission. In: AIChE J. 2000, Vol.46/ No.4, 684-694.
  • Nascentes, C. C.; Korn, M.; Sousa, C. S.; Arruda, M. A. Z. (2001): Use of Ultrasonic Baths for Analytical Applications: A New Approach for Optimisation Conditions. In: J. Braz. Chem. Soc. 2001, Vol.12/ No.1, 57-63.
  • Santos, H. M.; Lodeiro, C., Capelo-Martinez, J.-L. (2009): The Power of Ultrasound. In: Ultrasound in Chemistry: Analytical Application. (ed. by J.-L. Capelo-Martinez). Wiley-VCH: Weinheim, 2009. 1-16.
  • Suslick, K. S. (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4th Ed. J. Wiley & Sons: New York, 1998, Vol. 26, 517-541.



Često postavljana pitanja o ultrazvučnim sondama (FAQ)

Šta je ultrazvučni sonikator?

Ultrazvučni sonikator sonde je uređaj koji koristi visokofrekventne zvučne valove za ometanje ili miješanje uzoraka. Sastoji se od sonde koja, kada je uronjena u tečnost, generiše ultrazvučne vibracije, što dovodi do kavitacije i željenih efekata obrade uzorka.

Koji je princip sonikacije sondom?

Sonikacija sondom radi na principu ultrazvučne kavitacije. Kada sonda vibrira u uzorku, stvara mikroskopske mjehuriće koji se brzo šire i kolabiraju. Ovaj proces stvara intenzivne sile smicanja i toplinu, razbijajući ćelije ili miješajući komponente na mikroskopskom nivou.

Da li je ultrazvučni čistač isto što i sonikator?

Ne, nisu isti. Ultrazvučni čistač koristi vrlo blage ultrazvučne talase u kadi za čišćenje predmeta, uglavnom kroz vibracije i vrlo malu kavitaciju. Sonikator, posebno ultrazvučni sonikator sonde, dizajniran je za direktnu, intenzivnu ultrazvučnu obradu uzoraka, fokusirajući se na poremećaj ili homogenizaciju.

Koja je upotreba ultrazvučne sonde?

Ultrazvučna sonda se prvenstveno koristi za zadatke pripreme uzoraka kao što su razbijanje ćelija, homogenizacija, emulzifikacija i disperzija čestica u različitim istraživačkim i industrijskim aplikacijama u hemiji, biologiji i nauci o materijalima.

Koja je razlika između sonične sonde i rog za čaše?

Sonikator sonde direktno uranja sondu u uzorak za intenzivnu sonikaciju. S druge strane, sonikator s čašom ne uranja sondu, već koristi indirektnu metodu gdje se uzorak stavlja u posudu unutar vodene kupelji koja prenosi ultrazvučnu energiju.

Zašto koristiti sonikator sonde?

Sonikator sonde se koristi zbog svoje sposobnosti da isporuči direktnu ultrazvučnu energiju visokog intenziteta uzorku, postižući efikasno ometanje, homogenizaciju ili emulzifikaciju. Posebno je vrijedan za uzorke koji se teško obrađuju ili kada je potrebna precizna kontrola procesa.

Koje su prednosti sonikatora?

Prednosti obuhvataju efikasnu i brzu obradu uzoraka, raznovrsnost u aplikacijama, preciznu kontrolu parametara sonikacije i mogućnost obrade širokog spektra veličina i tipova uzoraka, od malih laboratorijskih uzoraka do većih industrijskih serija ili protoka.

Kako se koristi ultrazvučni sonikator sonde?

Upotreba ultrazvučnog sonikatora uključuje odabir odgovarajuće veličine sonde i parametara sonikacije, uranjanje vrha sonde u uzorak, a zatim aktiviranje sonikatora na željeno vrijeme i postavke snage kako bi se postigla efikasna obrada uzorka.

Koja je razlika između ultrazvuka i ultrazvuka?

Sonikacija se odnosi na opću upotrebu zvučnih valova za obradu materijala, što može uključivati niz frekvencija. Ultrasonication specificira upotrebu ultrazvučnih frekvencija (obično iznad 20 kHz), fokusirajući se na aplikacije koje zahtijevaju visokoenergetske zvučne valove za obradu uzoraka. Međutim, većina ljudi zapravo misli na ultrasonikatore, kada koriste riječ sonikator.

Biće nam drago da razgovaramo o vašem procesu.

Stupimo u kontakt.